王寧　李靜

摘要：根據(jù)“剪刀位”的定義及其危害，具體介紹了變壓器線圈中出現(xiàn)“剪刀位”的原因及預(yù)防措施，同時(shí)闡述了出現(xiàn)“剪刀位”后的補(bǔ)救措施，對(duì)變壓器線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義，能保證線圈繞制過程及變壓器使用過程中的安全性能。

關(guān)鍵詞：剪刀位;線圈結(jié)構(gòu);導(dǎo)線換位;導(dǎo)線爬坡

1? “剪刀位”的定義

我們通常把導(dǎo)線沿線圈輻向的平緩位移稱為導(dǎo)線爬坡。當(dāng)連續(xù)式線圈輻向兩根以上導(dǎo)線并繞換位或螺旋式線圈軸向兩根以上導(dǎo)線并繞升層換位時(shí)，有可能形成“剪刀位”。

線圈導(dǎo)線換位時(shí)必須沿著線圈內(nèi)表面或外表面進(jìn)行，不能發(fā)生扭曲或爬坡現(xiàn)象，沿線圈內(nèi)表面的導(dǎo)線換位稱為底位換位，沿線圈外表面的換位稱為明位換位。下面以連續(xù)式線圈輻向兩根導(dǎo)線并繞的明位換位為例進(jìn)行說明，如圖1所示。為方便說明，導(dǎo)線換位前輻向外表面第一根導(dǎo)線定義為導(dǎo)線A，外表面第二根導(dǎo)線定義為導(dǎo)線B，當(dāng)導(dǎo)線A在線圈外表面從第二段換位到第三段時(shí)不能發(fā)生扭曲或爬坡現(xiàn)象。換位完成后導(dǎo)線A從第三段外表面第一根線的位置向外表面第二根線的位置爬坡，同時(shí)導(dǎo)線B向第二段外表面第一根線的位置爬坡。當(dāng)導(dǎo)線A完全處在外表面第二根線的位置后，導(dǎo)線B也完全處在第二段外表面第一根線的位置后，此時(shí)導(dǎo)線B進(jìn)行明位換位不會(huì)發(fā)生爬坡。當(dāng)導(dǎo)線A和導(dǎo)線B兩者之一沒有完成一根導(dǎo)線輻向的爬坡，換位時(shí)就會(huì)產(chǎn)生爬坡，此時(shí)換位就會(huì)與其上一餅導(dǎo)線形成一個(gè)剪切角，形狀酷似剪刀的剪刀口，因此這樣的換位被稱為“剪刀位”。

線圈繞制過程中，“剪刀位”最直觀的觀察方法是看換位墊板是否服帖。在如圖2所示的線圈實(shí)物“剪刀位”示意圖中可觀察到換位墊板明顯翹邊，可判定此處換位形成了“剪刀位”。

2? “剪刀位”的危害

導(dǎo)線換位處如果形成了“剪刀位”，在線圈加壓過程中線圈受到外部的軸向力作用時(shí)，“剪刀位”就會(huì)像剪刀口一樣形成剪切力，造成導(dǎo)線局部絕緣的損壞，引起線圈內(nèi)部短路，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)品損壞。變壓器在運(yùn)行過程中線圈受到長(zhǎng)期軸向力作用時(shí)極易造成“剪刀位”處導(dǎo)線局部絕緣的損壞，引起變壓器故障。所以當(dāng)線圈結(jié)構(gòu)中的“剪刀位”不可避免時(shí)，一定要采取妥當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。“剪刀位”不可避免，但必須避免由“剪刀位”引起的事故。

3? “剪刀位”的形成及預(yù)防措施

“剪刀位”的形成主要有以下幾個(gè)原因：

3.1? ? 結(jié)構(gòu)原因形成的“剪刀位”

對(duì)于1 000 kV產(chǎn)品高壓線圈，采用兩根并繞插花糾結(jié)構(gòu)，在線圈進(jìn)線位置有一個(gè)半明半暗位，此換位一定是“剪刀位”，且從結(jié)構(gòu)本身無法消除，也可稱為先天性“剪刀位”，如圖3所示。但也不是說“剪刀位”就一定會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量問題，做好保護(hù)措施即可，目前1 000 kV產(chǎn)品高壓線圈及2009年之前設(shè)計(jì)的500 kV及以上的發(fā)電機(jī)變壓器高壓線圈均采用兩根并繞插花糾結(jié)構(gòu)，都有一個(gè)這樣的先天性“剪刀位”，由于保護(hù)措施到位并未在此處出現(xiàn)質(zhì)量事故。

3.2? ? 換位間距不足形成的“剪刀位”

多數(shù)“剪刀位”的形成都是因?yàn)閷?dǎo)線換位間距不足，也就是導(dǎo)線爬坡距離不夠造成的。導(dǎo)線位置的變化必須是逐漸連續(xù)的過程，導(dǎo)線爬坡距離與導(dǎo)線尺寸、硬度（屈服強(qiáng)度）都有關(guān)系。通常在導(dǎo)線屈服強(qiáng)度小于180 MPa時(shí)，導(dǎo)線爬坡距離不小于導(dǎo)線厚度（輻向尺寸）的8倍，若導(dǎo)線的屈服強(qiáng)度更大時(shí)，要適當(dāng)增加導(dǎo)線爬坡距離。常見的由于換位間距不足形成的“剪刀位”及其預(yù)防措施如下：

3.2.1? ? 由于換位太多導(dǎo)致的換位間距不足

如對(duì)于雙層螺旋式低壓線圈，采用軸向8根輻向2根并繞，導(dǎo)致需要在線圈一周內(nèi)進(jìn)行16次換位，造成換位間距不足。

預(yù)防措施：在計(jì)算設(shè)計(jì)時(shí)，可以減少導(dǎo)線的并繞根數(shù)，最好輻向只采用1根導(dǎo)線并繞，從根本上避免換位。

3.2.2? ? 由于并繞導(dǎo)線換位沒有拉開導(dǎo)致的換位間距不足

對(duì)于多根并繞導(dǎo)線換位時(shí)，若兩個(gè)換位間的距離不足，使第二根導(dǎo)線爬坡還未到達(dá)線圈表面就進(jìn)行了換位，導(dǎo)致第二換位產(chǎn)生“剪刀位”。

預(yù)防措施：遇到多根導(dǎo)線并繞時(shí)，需核算兩根導(dǎo)線間相距的撐條間隔，也就是導(dǎo)線的爬坡距離，并保證滿足導(dǎo)線爬坡距離≥導(dǎo)線厚度（輻向尺寸）的8倍，這對(duì)于換位導(dǎo)線尤為重要。

3.2.3? ? 由于特殊換位導(dǎo)致的換位間距不足

同樣的換位間距對(duì)于正常的換位不會(huì)產(chǎn)生“剪刀位”，而特殊換位時(shí)，幾根導(dǎo)線需要同時(shí)換位，使得導(dǎo)線厚度變大，導(dǎo)致?lián)Q位間距不足產(chǎn)生“剪刀位”。

預(yù)防措施：在遇到特殊換位時(shí)，應(yīng)該按組合后導(dǎo)線的尺寸考慮換位間距，一般特殊換位處的兩個(gè)換位要在兩根主撐條間隔以上，例如4根導(dǎo)線并繞時(shí)的特殊換位如圖4所示。

3.2.4? ? 由于換位間距不足導(dǎo)致屏線與工作線間產(chǎn)生“剪刀位”

由于換位間距不足導(dǎo)致屏線爬坡未到達(dá)線圈表面就進(jìn)行了換位，引起屏線與工作線間產(chǎn)生“剪刀位”，如圖5所示。

預(yù)防措施：屏線至少要爬一個(gè)撐條間隔后再進(jìn)行換位。

3.3? ? 生產(chǎn)過程中形成的“剪刀位”

在生產(chǎn)過程中，由于換位處不平整產(chǎn)生局部高線，或者導(dǎo)線沒有爬坡到線圈表面就進(jìn)行了換位，都有可能產(chǎn)生“剪刀位”，因此在換位時(shí)需將線圈表面填平，或?qū)Q位處加強(qiáng)保護(hù)。

總之，為了避免“剪刀位”的產(chǎn)生，線圈的換位必須沿線圈表面進(jìn)行并且換位處不能爬坡。因此，在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮導(dǎo)線爬坡的距離，保證足夠的換位間距;在線圈繞制過程中要保證換位時(shí)導(dǎo)線一定爬到線圈表面后再進(jìn)行。

4? “剪刀位”的補(bǔ)救措施

一旦“剪刀位”形成不能從結(jié)構(gòu)上根本消除，只能增加保護(hù)措施避免造成產(chǎn)品損壞，如在形成“剪刀位”的兩根導(dǎo)線間增加換位墊板將剪刀口隔開，在剪刀口的位置加強(qiáng)保護(hù)絕緣，保證即使導(dǎo)線有局部絕緣的損害也不至于導(dǎo)致線圈內(nèi)部短路。設(shè)計(jì)人員和操作者必須進(jìn)一步提高重視程度，一旦發(fā)現(xiàn)問題立即提出。設(shè)計(jì)人員要從線圈結(jié)構(gòu)上看能否從根本上消除“剪刀位”，若“剪刀位”不能消除，必須采取有效的保護(hù)措施，消除產(chǎn)品質(zhì)量隱患。

5 結(jié)語

“剪刀位”一直是線圈設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中需要密切關(guān)注的質(zhì)量隱患，除了由于線圈結(jié)構(gòu)原因無法避免的先天性“剪刀位”外，其余線圈結(jié)構(gòu)要在制定設(shè)計(jì)方案時(shí)就注意到“剪刀位”問題。在今后的變壓器方案設(shè)計(jì)時(shí)，要不斷探索研究，盡快找到能替代有先天性“剪刀位”的線圈結(jié)構(gòu)，從而提高線圈制造的操作工藝性，避免因“剪刀位”給變壓器產(chǎn)品帶來危害。

收稿日期：2020-03-01

作者簡(jiǎn)介：王寧（1984—），女，遼寧人，工程師，研究方向：變壓器設(shè)計(jì)。